DE69824912T2

DE69824912T2 - Mit Wasser geschäumte, energieabsorbierende Schaumstoffe

Info

Publication number: DE69824912T2
Application number: DE69824912T
Authority: DE
Inventors: Neil H. Nodelman; David D. Steppan; Mark A. Davolio; David F. Naucalpan Sounik; Alan D. Bushmire
Original assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Current assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2018-04-08
Also published as: ES2224304T3; EP0872501A3; KR19980081382A; CA2234211A1; EP0872501A2; DE69824912D1; CZ294798B6; KR100530811B1; JPH10298262A; EP0872501B1; BR9801043A; CZ114098A3; US5847014A; JP4688985B2; CA2234211C

Description

Energie-absorbierende Schäume auf Basis der Urethan-Chemie sind im Stand der Technik bekannt. Gemäß der frühen Literatur gelangten ganz allgemein Halogenwasserstoff-Treibmittel zur Anwendung (siehe z. B. US 3,926,866 ). Eine große Zahl von Patenten ist für mit Wasser getriebene Energie-absorbierende Schäume auf Basis von Polyolen ("gefüllten Polyolen") erteilt worden, die durch Polymerisieren von Styrol/Acrylnitril-Monomermischungen in Polyethern hergestellt wurden (siehe z. B. US 4,116,893 , 4,190,712, 4,212,954, 4,866,102, 5,216,041 und 5,232,957). Weitere patentierte Technologie beschreibt die Verwendung von Vernetzern mit relativ niedrigem Molekulargewicht (siehe z. B. US 4,282,330, 5,143,941 und 5,167,884) oder die Verwendung verschiedener Polyole, wie von Ethylenoxid-Addukten von Mannich-Kondensaten ( US 4,371,629 ), von alkoxyliertem Toluoldiamin ( US 4,614,754 ) oder von Polyolen, die aus Propylenglykol oder Ethylendiamin abgeleitet sind ( US 5,187,204 ). Weitere patentierte Technologie beschreibt die mit Wasser getriebenen Energieabsorbierenden Schäume als biegsamen Schaum ( US 4,981,880 und 5,489,618).
EP-A-91 828 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines harten Polyurethan-Schaums in einem Verfahren mit 1 Schuss durch Reaktion einer Polyol-Komponente mit einer Isocyanat-Komponente in der Gegenwart eines Reaktionskatalysators, eines Treibmittels und eines oberflächenaktiven Mittels aus Silicon. Die Poyol-Komponente ist eine Mischung, die ein Polyol vom tetrafunktionellen Tolylendiamin-Typ, ein Polyol vom difunktionellen Propylen-Typ, ein Polyol vom octafunktionellen Sucrose-Typ und ein Polyol vom trifunktionellen Diethanolamin-Typ umfasst.
In US-A 5 167 884 ist ein Energie-absorbierender Polyurethan-Schaum offenbart, umfassend das Reaktionsprodukt aus

A) einer Verbindung mit Isocyanat-reaktiven Hydroxylgruppen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Glykolen, aromatischen Dihydroxyverbindungen, Bisphenolen, Hydroxyl-terminierten Polyethern, Polyestern, Polyacetalen und aus Mischungen davon,
B) einem organischen Isocyanat, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Polymethylenpolyphenylenpolyisocyanat, modifizierten Diphenylmethandiisocyanaten und aus Mischungen davon, worin weitere organische Isocyanate in geringeren Mengen vorhanden sein können,
C) einem Katalysator,
D) einem Treibmittel, bestehend aus Wasser, worin das Wasser in Mengen vorhanden ist, die hinreichen, um die Bildung eines vorwiegend offenzelligen Schaums ohne Kollaps zu verursachen,
E) einem oberflächenaktiven Mittel und aus
F) einem Vernetzer,

US 4 722 946 offenbart ein nicht-flüssiges, Energieabsorbierendes Polyurethan, das aus einem Verfahren resultiert, wobei eine Mischung aus linearen und verzweigten Polyolen, ein Polyisocyanat und gegebenenfalls ein Treibmittel unter Polyurethan-Bildungsbedingungen bei einem Isocyanat-Index von ca. 65 bis ca. 85 zur Reaktion gebracht werden.
Während Systeme auf Basis einiger der oben angegebenen Patente kommerzielle Anwendung fanden, geht die Suche nach Systemen weiter, mit denen Energie-absorbierende Schäume hergestellt und produziert werden, die eine Vielzahl von Spezifikationen und auch kommerzielle Produktionsverfahrens-Erfordernisse des Schließens der Form von mehr als siebzehn (17) Sekunden und einer Entformungszeit von höchstens drei (3) Minuten erfüllen. Systeme mit einer Schließungszeit der Form von weniger als zwölf (12) Sekunden sind bekannt ( US 5,449,700 ). In solchen Systemen werden allerdings weder Zellöffnende oberflächenaktive Mittel verwendet, noch machen solche Systeme Polyetherpolyole mit hohem Molekulargewicht erforderlich. Das "Schließen der Form" ist als diejenige Zeit vom Start der Einbringung der verschäumbaren Reaktionsteilnehmer in die Form bis zum Schließen der Form definiert. Die "Entformungszeit" ist als diejenige Zeit vom Start der Einbringung der verschäumbaren Reaktionsteilnehmer in die Form bis zur Entnahme des fertiggestellten Formstücks aus der Form definiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Schaum gerichtet, der aus einer Isocyanat-reaktiven Mischung hergestellt wird. Insbesondere umfasst die mit Isocyanat reaktive Mischung der vorliegenden Erfindung:

a) 17 bis 85 Gew.% eines oder mehrerer nicht-gefüllter Polyetherpolyole mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 1,5 bis 3 und Molekulargewichten von 1.500 bis 8.000;
b) 12 bis 80 Gew.-% eines oder mehrerer nicht-tertiärer Amine, enthaltend Polyetherpolyole mit einer Hydroxyl- Funktionalität von 3 bis 8 und einem Molekulargewicht von 150 bis 1.000;
c) 0 bis 4 Gew.-% eines oder mehrerer sekundärer oder primärere Diamine oder Aminoalkohole; und
d) 3 bis 12 Gew.-% Wasser,

Die vorliegende Erfindung ist auf einen mit Wasser getriebenen Energie-absorbierenden Schaum gerichtet, der hergestellt wird durch Reaktion:

A) der oben beschriebenen Isocyanat-reaktiven Mischung,
B) eines Polymethylenpoly(phenylisocyanats), enthaltend 40 bis 85 Gew.-% Methylenbis(phenylisocyanat) mit einem Isocyanatgruppen-Gehalt von 20 bis 35 Gew-%, wobei die Menge des genannten Isocyanats so bemessen wird, dass der Isocyanat-Index der Mischung aller mit Isocyanat reaktiven Komponenten und des genannten Isocyanats 150 bis 250 beträgt;
C) von 0,3 bis 4 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Komponente A) eines Zell-öffnenden oberflächenaktiven Mittels aus Silicon;
D) von 2 bis 13 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Komponente A) von mindestens zwei unterschiedlichen Trimerisierungskatalysatoren, worin einer der mindestens zwei unterschiedlichen Trimerisierungskatalysatoren Kaliumacetat ist;
E) von 0,5 bis 5,5 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Komponente A) von mindestens einem oder mehreren Katalysatoren aus tertiärem Amin zur Katalyse der Reaktion zwischen Isocyanat- und Hydroxylgruppen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige Polyol-Mischung zu entwickeln, mit der die Herstellung Energie-absorbierender Schäume ermöglicht wird, wobei die kommerziellen Produktionserfordernisse des Schließens der Formen von mehr als siebzehn (17) Sekunden und einer Entformungszeit von weniger als drei (3) Minuten eingehalten werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Anwendung eines breiten Bereichs von Wassergehaltsmengen zur Erzeugung geformter Isocyanuratgruppen-haltiger ("trimerer") Schäume mit variierenden Dichtewerten zu ermöglichen, welche eine gute Dimensionsstabilität und einen sehr einheitlichen Typ der Energieabsorption zeigen und ergeben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Möglichkeit zu schaffen, dass die Wassergehaltsmenge ganz leicht so eingestellt wird, dass dadurch die Dichte des Schaums eingestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Verwendung tertiärer Aminpolyole zu vermeiden, die zur Reaktionsgeschwindigkeit des Schaums einen Beitrag leisten, der die Tendenz aufweist, dass der Gehalt an geschlossenen Zellen und dadurch der Druck des Schaums in der Form ansteigen.
Schließlich ist es noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die Verwendung teurer gefüllter Polyole nicht erforderlich ist, wobei die Herstellung von Schäumen immer noch ermöglicht ist, die sehr niedrige Formungsdrücke bei guter Formbarkeit ergeben.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Schäume der vorliegenden Erfindung sind mit Wasser getriebene, Energie-absorbierende Schäume, die in breitem Umfang durch Reaktion einer spezifizierten, mit Isocyanat reaktiven Mischung mit einem Polymethylenpoly(phenylisocyanat) hergestellt werden.
Die mit Isocyanat reaktive Mischung A) umfasst die folgenden spezifischen Komponenten: a) ein nicht-gefülltes Polyetherpolyol mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 1,5 bis 3 und einem Molekulargewicht von 1.500 bis 8.000 und mit einer Hydroxyl-Zahl von 10 bis 112; b) ein nicht-tertiäres Amin, enthaltend Polyetherpolyol mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3 bis 8 und einem Molekulargewicht von 150 bis 1.000 und mit einer Hydroxyl-Zahl von 168 bis 1.250; c) gegebenenfalls ein oder mehrere primäre oder sekundäre Diamine oder Aminoalkohole und d) Wasser in einer Menge von 3 bis 12 Gew.-%.
Die in den Komponenten A)a) und A)b) verwendeten Polyetherpolyole und deren Herstellverfahren sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Polyhydroxy-funktionelle Starter wie Glycerin, Propylenglykol und Sucrose werden entweder mit Ethylenoxid, Propylenoxid oder mit beiden entweder sequenziell oder in statistischen Blöcken unter Verwendung basischer Katalysatoren wie von KOH zur Reaktion gebracht.
Die primären oder sekundären Aminoalkohole werden durch Reaktion von Ammoniak (1 Mol) mit entweder Ethylen- oder Propylenoxid (1 oder 2 Molen) erzeugt. Primäre Diamine wie Diethyltoluendiamin ("DEDTA") werden durch Dinitrierung von Toluol und anschließender Reduktion des Diamins erzeugt. Daraufhin erfolgt eine Friedel Crafts-Ethylierung des Rings. Geeignete primäre oder sekundäre Diamine oder Aminoalkohole schließen Diethanolamin, Monoethanolamin, DETDA und 2-Methyl-1,5-pentandiamin (verfügbar von DuPont als DYTEK A) ein.
Die Polymethylenpoly(phenylisocyanate) zur hierin vorgesehenen Verwendung sind im Stand der Technik bekannt und werden durch Reaktion von Phosgen mit Anilin/Formaldehyd-Kondensaten erzeugt. Bekannte Verfahren zur Herstellung der Anilin/Formaldehyd-Kondensate und die entstandenen Polyisocyanate sind in der Literatur und in vielen Patenten, z. B. in US 2,683,730, 2,950,263, 3,012,008, 3,344,162 und 3,362,979, beschrieben. Die Isocyanate zur hierin vorgesehenen Verwendung enthalten 40 bis 85 Gew.-% Methylenbis(phenylisocyanat) und weisen einen Isocyanatgruppen-Gehalt von 20 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise von 30 bis 35 und am meisten bevorzugt von 31 bis 33 Gew.-% auf. Wie bereits oben angemerkt, beträgt der Isocyanat-Index des Gesamtsystems 150 bis 250.
Wasser wird in einer Menge von 3 bis 12 und bevorzugt von 4 bis 10 Gew.-% angewandt.
Die Zell-öffnenden oberflächenaktiven Mittel aus Silicon, die in Mengen von 0,3 bis 4 Gew.-% zur Anwendung gelangen, sind im Stand der Technik bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zell-öffnenden oberflächenaktiven Mittel aus Silicon in einer Menge von 0,5 bis 2,0 Gew.-% eingesetzt. Polyethersiloxane sind besonders geeignete Zellöffnende Silicon-Oberflächenmittel; besonders geeignet sind diejenigen, die in Wasser löslich sind. Diese Verbindungen weisen im Allgemeinen eine Polymethylsiloxan-Gruppe auf, die an ein Copolymer aus Ethylen- und Propylenoxid gebunden ist. Beispiele der verwendbaren Zell-öffnenden oberflächenaktiven Mittel aus Silicon schließen die als DC-5244 von Air Products sowie die als L-3801 und L-3803 von WITCO verkauften Produkte ein. Ebenfalls geeignet sind die der bekannten oberflächenaktiven Mittel aus Polysiloxan, die ganz allgemein in der Polyurethan-Chemie zur Anwendung gelangen.
Die Reaktionsmischung muss auch mindestens zwei unterschiedliche Trimerisierungskatalysaoren in einer Menge von 2 bis 13 Gew.-% enthalten, worin einer der mindestens zwei unterschiedlichen Trimerisierungskatalysatoren Kaliumacetat ist. Vorzugsweise beträgt die Menge der Trimerisierungskatalysatoren in der Reaktionsmischung 3 bis 10 Gew.-%. Trimerisierungskatalysatoren (d. h. Katalysatoren, die die Selbst-Polymerisationsreaktion der Isocyanatgruppen begünstigen) sind im Stand der Technik bekannt. Geeignete Trimerisierungskatalysatoren schließen starke Basen wie quaternäre Ammoniumhydroxide (wie Benzyltrimethylammoniumhydroxid), Alkalimetallhydroxide (wie Kaliumhydroxid) und Alkalimetallalkoxide (wie Natriummethoxid) ein. Weitere geeignete Katalysatoren schließen Materialien schwächerer basischer Natur wie Alkalimetallsalze von Carbonsäuren (wie Natriumacetat, Kalium-2-ethylhexoat, Kaliumadipat und Natriumbenzoat), N-Alkylethylenimine, Tris(3-dimethylaminopropyl)hexahydro-s-triazin, Kaliumphthalimid und tertiäre Aminophenole wie die in US 4,169,921 beschriebenen (wie 2,4,6-Tris(N,N-simethylaminomethyl)phenol) ein. Beispiele im Handel erhältlicher Trimerisierungskatalysatoren schließen Kaliumacetat in Ethylenglycol, verkauft als Polycat 46 von Air Products, Kalium-2-ethylhexoat in Diethylenglycol, verkauft als Dabco K-15 von Air Products, ein Gemisch aus quaternärem Ammoniumformiat und einem tertiären Amin, verkauft als DABCO TMR-5. von Air Products, Hexahydro-1,3,5-tris(3-dimethylaminopropyl)triazin, verkauft als Pel-Cat 9640 von Ele Company und als Polycat 41 von Air Products, und 2,4,6-Tris(N,N-dimethylaminomethyl)phenol, verkauft als Pel-Cat 9529 von Ele und als TMR-30 von Air Products, als Hexchem 977 von Hexchem und als Pel-Cat 9540A von Ele, ein.
Die Reaktionsmischung enthält auch mindestens einen Katalysator zur Katalyse der Reaktion zwischen Isocyanat- und Hydroxylgruppen (d. h. einen Urethan-Katalysator), wie einen Katalysator aus tertiärem Amin in einer Menge von z. B. 0,5 bis 5,5 Gew.-%. In einer bevorzugten Ausführungsform macht der Katalysator aus tertiärem Amin in der Reaktionsmischung 1 bis 4 Gew.-% aus. Die Urethan-Katalysatoren sind allgemein bekannt und schließen tertiäre Amine wie Triethylamin, Tributylamin, N-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, N-Cocomorpholin, N,N,N',N-Tetramethylethylendiamin, 1,4-Diazabicyclo(2,2,2)-octan, N-Methyl-N'-dimethylaminoethylpiperazin, N,N-Dimethylbenzylamin, Bis-(N,N-diethylaminoethyl)adipat, N,N-Diethylbenzylamin, Pentamethyldiethylentriamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-l,3-butandiamin, N,N-Dimethyl-βphenylethylamin, 1,2-Dimethylimidazol, 2-Methylimidazol und dgl. ein. Geeignet sind auch die im Handel erhältlichen tertiären Amine wie Niax Al und Niax Al07, erhältlich von Union Carbide, Thancat DD, erhältlich von Texaco, und dgl.. An sich bekannte Mannich-Basen, die aus sekundären Aminen wie aus Dimethylamin und aus Aldehyden, vorzugsweise aus Formaldehyd, oder aus Ketonen wie aus Aceton, Methylethylketon oder aus Cyclohexanon und aus Phenolen wie aus Phenolnonylphenol oder Bisphenol erhalten werden, können ebenfalls als Katalysatoren eingesetzt werden. Silaamine mit Kohlenstoff-Silizium-Bindungen, wie z. B. beschrieben in DE 1,229,290 und in US 3,620,984 , können ebenfalls als Katalysatoren verwendet werden. Beispiele schließen 2,2,4-Trimethyl-2-silamorpholin und 1,3-Diethylaminoethyltetramethyldisiloxan ein.
Die Reaktionsmischung kann auch eine hinreichende Menge an Carbonsäure enthalten, um die Katalysatoren aus den tertiären Aminen zu neutralisieren. Außerdem kann eine überschüssige Menge an Carbonsäure von 10 bis 100 % der Gesamt-Äquivalente der Trimer-Katalysatoren aus Carboxylat zugegeben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Komponenten mit bekannten Verfahren zur Reaktion gebracht werden, in denen oft mechanische Vorrichtungen, wie die in US 2,764,565 beschriebenen, zur Anwendung gelangen. Details bezüglich der Verarbeitungsvorrichtungen, die gemäß der Erfindung angewandt werden, sind im Kunststoff-Handbuch, Band VII, veröffentlicht von Vieweg und Höchtlen, Carl-Hanser-Verlag, München, 1966, Seiten 121 und 205, zu finden.
Die Verschäumungsreaktion zur Erzeugung von Schaumprodukten wird im Innern von Formen durchgeführt. Bei diesen Verfahren wird die verschäumbare Reaktionsmischung in eine Form eingebracht, die aus Metall wie aus Aluminium oder aus einem Kunststoffmaterial wie einem Epoxidharz hergestellt sein kann. Die Reaktionsmischung schäumt im Inneren der Form auf, um das geschäumte Produkt zu erzeugen. Das Verfahren zur Verschäumung in Formen wird durchgeführt, um ein Produkt mit einer nicht-zellulären Struktur (Haut) auf seiner Oberfläche zu erzeugen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das erwünschte Ergebnis erhältlich, wobei eine gerade hinreichende verschäumbare Reaktionsmischung eingebracht wird, um die Form mit Schaum nach Beendigung der Reaktion auszufüllen.
Sogenannte äußere Formfreisetzungsmittel, die im Stand der Technik bekannt sind, wie Silicon-Wachse und -Öle, werden häufig verwendet, wenn die Verschäumung innerhalb der Formen durchgeführt wird. Das Verfahren kann auch mittels sogenannter innerer Formfreisetzungsmittel, gewünschtenfalls, in Kombination mit äußeren Formfreisetzungsmitteln, durchgeführt werden, die z. B. in DE 2,121,670 und 2,307,589 beschrieben sind.
Die Erfindung wird nun noch weiter erläutert, sie soll aber nicht auf die nun folgenden Beispiele eingeschränkt sein, in denen alle Angaben der Teile und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen sind, wenn nichts Anderes ausgesagt wird.
Beispiele
In den nun folgenden Beispielen wurden die folgenden Materialien verwendet:

A) POLYOL A: ein Styrol-Acrylnitril-Polymerpolyol mit einem Feststoffgehalt von ca. 28 %, das im Handel als Arcol E-519 von Arco Chemicals erhältlich ist. Dieses Polymerpolyol weist eine OH-Zahl von ca. 25,4, eine Funktionalität von ca. 3 und ein PO:EO-Gewichtsverhältnis von 81:19 auf.
B) POLYOL B: ein Styrol-Acrylnitril-Polymerpolyol mit 45 % Feststoffgehalt. Dieses Polymerpolyol weist eine OH-Zahl von 28 und eine Funktionalität von ca. 3 auf und ist aus 100 % PO.
C) POLYOL C: mit Sucrose/Propylenglykol initiierter Propylenoxid-Polyether mit einer durchschnittlichen Hydroxyl-Funktionalität von ca. 5,24 und einer Hydroxyl-Zahl von 470.
D) POLYOL D: ein mit Glycerin initiierter Propylenoxid-Polyether mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3 und einer Hydroxyl-Zahl von 1050.
E) POLYOL E: ein mit Glycerin initiiertes Propylenoxidpolyol mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3 und einer Hydroxyl-Zahl von 56.
F) POLYOL F: ein mit Glycerin initiierter Propylenoxid/Ethylenoxid-Polyether (Gewichtsverhältnis von PO zu EO von ca. 5:1), mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3 und einer Hydroxyl-Zahl von 28.
G) POLYOL G: ein mit Sucrose/Propylenglykol initiierter propylenoxid-Polyether mit einer durschnittlichen Hydroxyl-Funktionalität von ca. 6,18 und einer Hydroxyl-Zahl von 340.
H) POLYOL H: ein mit Glycerin initiiertes Polyol mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3 und einer Hydroxyl-Zahl von 46 und mit 11 % des Oxid-Gewichts aus Ethylenoxid.
I) POLYOL I: ein mit Glycerin/Propylenglykol initiierter Polyether mit einer Funktionalität von ca. 2,9 und einer Hydroxyl-Zahl von 56 und mit 10 % des Oxid-Gewichts aus Ethylenoxid.
J) DEOA-LF: 85 % Diethanolamin/15 % Wasser.
K) DC-5244: ein Zell-öffnendes oberflächenaktives Mittel aus Silicon, im Handel erhältlich von Air Products.
L) L3801: ein Zell-öffnendes oberflächenaktives Mittel aus Silicon, im Handel erhältlich von WITCO.
M) L3803: ein Zell-öffnendes oberflächenaktives Mittel aus Silicon, im Handel erhältlich von WITCO.
N) Dabco X8136: ein Trimerisierungskatalysator, der ein Gemisch aus quaternärem Ammoniumformiat und aus einem tertiären Amin ist, im Handel erhältlich von Air Products.
O) Dabco K-15: Kalium-2-ethylhexoat in Diethylenglykol, im Handel erhältlich von Air Products.
P) PC-46: Polycat 46, Kaliumacetat in Ethylenglykol, im Handel erhältlich von Air Products.
Q) NIAX A1: ein tertiärer Amin-Katalysator (70 %ige Lösung von Bis(dimethylaminoethyl)ether), erhältlich von Union Carbide.
R) Dabco 33LV: eine 33 %ige Lösung von Triethylendiamin, erhältlich von Air Products.
S) Dabco TMR-5: ein Trimerisierungskatalysator, der ein Gemisch aus quaternärem Ammoniumformiat und einem tertiären Amin ist, im Handel erhältlich von Air Products.
T) Wasser.
U) 2-Ethylhexansäure.
V) ISO1: ein Polymethylenpoly(phenylisocyanat), enthaltend ca. 45 Gew.-% Diisocyanat, mit einem Isocyanatgruppen-Gehalt von ca. 31,5 %, einem Äquivalentgewicht von ca. 133 und mit einer Viskosität von ca. 200 mPa·s bei 25°C, im Handel erhältlich von Bayer Corporation.
W) ISO2: ein Polymethylenpoly(phenylisocyanat) mit einem Isocyanatgruppen-Gehalt von ca. 32,2 Gew-%, enthaltend ca. 58 Gew.-% Diisocyanat, worin das Diisocyanat ca. 13 Gew.-% 2,4'-Methylenbis(phenylisocyanat) und ca. 45 Gew.-% 4,4'-Methylenbis(phenylisocyanat) umfasst, im Handel erhältlich als MONDUR 582 von Bayer Corporation.

Eine Hochdruck-Schäumungsmaschine, eingesetzt zur Herstellung von 10'' X 10'' X 2,5'' Form-Blöcken, war mit zwei (2) REXROTH 12-Axialkolbenpumpen und einem HENNECKE mQ-8-Mischkopf ausgerüstet. Die jeweiligen Formteile wurden in einem Offen-Gieß-Verfahren in einer Form aus Aluminium hergestellt. Der Einspritzdruck betrug 135 bar auf der Polyol-Seite und 145 bar auf der Isocyanat-Seite. Der Durchsatz im Mischkopf wurde bei 136 g/s gehalten. Das Polyolgemisch wurde in den angegebenen Mengenanteilen zubereitet und, zusammen mit dem Isocyanat, auf eine Temperatur von 30°C erwärmt. Das Vergleichsbeispiel wurde bei einer Temperatur der Form von 72°C durchgeführt. Die Beispiele der Erfindung wurden bei einer Temperatur der Form von 66°C durchgeführt. Alle Blöcke wurden nach 3 min entformt, und Chemtrend RCTW A-6040 wurde als äußeres Freisetzungsmittel verwendet.
Die eingesetzten Formulierungen sind in Tabelle 1 angegeben (wobei alle Mengen in Gewichtsteilen angegeben sind). Beispiel 1 ist ein Vergleichsbeispiel. Es ist ein gefülltes Polyol-System mit einer Schließung der Form von elf (11) Sekunden ("Spitzentasse-Zeit"). Beispiel 9, mit der gleichen Formulierung wie in Beispiel 1, wird bei der gleichen Dichte von 32,04 kg/m³ (2,0 pcf) sowie bei einer höheren Dichte von 40,85 kg/m³ (2,55 pcf) durchgeführt. Alle weiteren Beispiele werden bei einer Dichte von 32,04 kg/m³ (2,0 pcf) durchgeführt, außer für Beispiel 6, das ebenfalls bei einer Dichte von 40,85 kg/m³ (2,55 pcf) durchgeführt wird. Die Spitzentasse-Reaktivität aller Systeme liegt im Bereich von 12 bis 21 s, was einen überraschenden 64 bis 90%igen Anstieg gegenüber dem Vergleichsbeispiel darstellt. Die Entformungszeiten bleiben alle bei 3 min, was die gleiche Entformungszeit wie im Vergleichsbeispiel ist.
Im Schlitten-Stoßtest werden Schaum-Blöcke von 10 X 10 X 2,5 inch mit einem 6''-Zylinderkopf, 19,5 kg (43 lb) Metallklotz, mit einer Geschwindigkeit von ca. 20 km/h (12 Meilen/h) gestoßen. Kraft-gegen-Abbiegung-Kurven werden erhalten. Die Maximalkraft, die Maximalbiegung und die Wirksamkeit der Energieübertragung auf die Schäume sind in der Tabelle angegeben. Beim Dichteniveau des Kerns von 32,04 kg/m³ (2,0 pcf) zeigen alle Beispiele eine Maximalkraft von ca. 997,9 (2.200) ± 45,36 (100) kg (pounds). Alle Maximalbiegungen betragen 4,826 ± 0,245 cm (1,9 ± 0,1 inches). Außerdem zeigen alle Schäume ca. 90 % Energieübertragungseffizienz. Dies bedeutet, dass nur sehr wenig Rückprall beim Stoß auftritt und die meiste Energie in einen Kollaps des Schaumes mündet. Die Beispiele 6 und 9 zeigen, bei der hohen Dichte, eine ähnliche Maximalkraft von ca. 1.088,62 kg (von ca. 2.00 pounds) und ähnliche Effizienzwerte (von ca. 90 %).
Tabelle 1 – Formulierungen
Tabelle 1 – Formulierungen (Fortsetzung)
Tabelle 1 – Formulierungen (Fortsetzung)
Tabelle 1 – Formulierungen (Fortsetzung)

Claims

Mit Wasser getriebener, Energie-absorbierender Schaum, erzeugt durch Reaktion von: A) einer mit Isocyanat reaktiven Mischung, umfassend: a) 17 bis 85 Gew.-% eines oder mehrerer nichtgefüllter Polyetherpolyole mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 1,5 bis 3 und Molekulargewichten von 1.500 bis 8.000; b) 12 bis 80 Gew.-% eines oder mehrerer nichttertiärer Aminpolyetherpolyole mit einer Hydroxyl-Funktionalität von 3 bis 8 und einem Molekulargewicht von 150 bis 1.000; c) 0 bis 4 Gew.-% eines oder mehrerer sekundärer oder primärer Amine oder Aminoalkohole; und d) 3 bis 12 Gew.-% Wasser, worin die Prozentangaben auf das Gesamtgewicht der mit Isocyanat reaktiven Mischung bezogen sind und 100 % ergeben, B) einem Polymethylenpoly(phenylisocyanat), enthaltend 40 bis 85 Gew.-% Methylenbis(phenylisocyanat) mit einem Isocyanatgruppen-Gehalt von 20 bis 35 Gew.-%, wobei die Menge des genannten Isocyanats B) so bemessen ist, dass der Isocyanat-Index der Mischung aller mit Isocyanat reaktiven Komponenten und des genannten Isocyanats 150 bis 250 beträgt, und von C) 0,3 bis 4 Gew.-Teilen auf 100. Gew.-Teile der Komponente A) eines Zell-öffnenden oberflächenaktiven Mittels aus Silicon; D) 2 bis 13 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile der Komponente A) von mindestens zwei unterschiedlichen Isocyanat-Trimerisierungskatalysatoren, worin einer der mindestens zwei unterschiedlichen Isocyanat-Trimerisierungskatalysatoren Kaliumacetat ist; E) 0,5 bis 13 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile der Komponente A) eines Katalysators zur Katalyse der Reaktion zwischen Isocyanat- und Hydroxylgruppen.
Schaum gemäß Anspruch 1, worin das genannte Amin aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Diethanolamin, Monoethanolamin, Diethyltoluendiamin und aus 2-Methyl-1,5-pentandiamin.
Schaum gemäß Anspruch 1, worin das genannte Amin Diethanolamin ist.
Schaum gemäß Anspruch 1, worin eine hinreichende Menge an Carbonsäure zugefügt ist, um die genannte Komponente E) zu neutralisieren.
Schaum gemäß Anspruch 1, worin der Isocyanatgruppen-Gehalt der Komponente B) 30 bis 35 Gew.-% beträgt.
Schaum gemäß Anspruch 5, worin der genannte Isocyanatgruppen-Gehalt der Komponente B) 31 bis 33 Gew.-% beträgt.
Schaum gemäß Anspruch 1, worin das genannte Wasser 4 bis 10 Gew.-% ausmacht.
Schaum gemäß Anspruch 1, worin das genannte oberflächenaktive Mittel aus Silicon 0,5 bis 2,0 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile der genannten Komponente A) ausmacht.
Schaum gemäß Anspruch 1, worin die genannten mindestens zwei unterschiedlichen Trimerisierungskatalysatoren 3 bis 10 Gew.-Teile der genannten Komponente A) ausmachen.
Schaum gemäß Anspruch 1, worin mindestens ein tertiärer Amin-Katalysator in einer Menge von 1 bis 4 Gew.-Teilen der genannten Komponente A) vorhanden ist.